液罐汽车广泛应用于液体货物的道路运输,其在促进国民经济发展的同时,也带来的严峻的交通安全问题。研究发现,非满载罐体内的液体晃动是导致液罐车交通事故,尤其是单车侧翻事故频频发生的重要原因之一。为此,十分有必要对液罐车非满载罐体内的液体晃动动力学特性展开研究。针对液罐汽车非满载罐体内的货物晃动,论文在FLUENT仿真分析的基础上对其晃动动力学特性进行了详尽分析,力图揭示液体晃动的本质。论文的主要研究工作和内容如下:(1)通过市场调研确定液罐汽车圆柱罐体内的液体晃动为本文的研究对象。罐体横截面半径为0.86 m;罐内货物的充液比为0.1-0.9。(2)利用FLUENT软件对非满载圆柱罐体内的液体自由振荡进行求解,并在仿真过程中记录液体质心的运动轨迹、液体晃动对罐体壁面的侧向冲击力以及液体侧向冲击绕罐体最低点的力矩。为了研究液体属性对其晃动动力学特性的影响,选择了水、机油和甘油三种不同粘度的液体进行晃动仿真。通过设置自由液面的初始条件为倾斜的平面来实现FLUENT软件对液体自由振荡的仿真求解。自由液面的初始倾斜角度通过作用在罐体上的侧向激励获得;其变化范围为0.1-1,对应作用在罐体上的侧向激励为0.1 g-1.0 g。因此,每一种液体的自由振荡都包括0.1-0.9的充液比和0.1-1.0的自由液面倾斜度所构成的组合。对FLUENT仿真的步长无关性和网格无关性检验进行了研究。在步长无关性检验中,确定了0.001s的仿真步长;在网格无关性检验中,确定了0.02 m的网格尺寸。(3)利用FLUENT仿真获得的数据,对液体晃动的动力学特性进行研究。通过FLUENT仿真数据发现液体晃动具有明显的周期性,因而对其质心运动轨迹的特征、晃动频率、晃动阻尼以及参与冲击的液体质量进行了研究。对液体质心运动轨迹的研究表明,3种液体的质心运动轨迹均可用圆弧来准确描述,且圆弧的半径等于自由液面水平时、由几何关系获得的液体质心至罐体中心的距离。对液体晃动频率的研究表明,在侧向加速度固定的条件下,3种液体的晃动频率随充液比的增加呈单调上升趋势;在充液比固定的条件下,3种液体晃动频率随侧向加速度的变化幅度很小、基本保持恒定;在充液比和侧向激励固定的条件下,3种液体的晃动频率近乎相等。因此,非满载罐体内液体晃动的频率主要受充液比的影响;侧向加速度和液体种类对其影响很小,基本可以忽略。对液体晃动无量纲阻尼系数的研究表明,非满载罐体内的液体晃动阻尼呈现强烈的非线性特征,其随着仿真时间的延长呈现单调下降的趋势。在20s的仿真时间内,可用关于时间的线性函数描述阻尼系数的变化;阻尼系数受液体种类、充液比和侧向加速度的影响。一般来说,液体的粘度越高,其相同条件下的阻尼系数越大。当液体的粘度很小时(水),其阻尼系数随充液比和侧向激励的增加呈上升趋势;而当液体的粘度较大时(机油和甘油),阻尼系数随充液比和侧向激励的变化没有明显规律性。对参与冲击的液体质量的研究表明,并非全部的液体都参与了晃动,且参与晃动的液体质量占全部液体质量的比重受到液体种类、侧向激励和充液比的影响。在液体粘度很小时(水),参与晃动的液体质量随充液比和侧向激励的增加呈单调下降趋势;在液体的粘度较大时(甘油和机油),参与晃动液体质量随侧向激励的增加呈下降趋势,其随充液比的增加呈现先上升、后下降的趋势。论文的研究成果可为液体晃动等效机械模型构建、液罐车行驶稳定性及稳定性控制策略研究提供理论依据和数据支持。